产量为800kg每h喷雾干燥设备设计.docx

喷雾枯燥器的设计课 程 设 计课程名称 食品机械与设备课程设计题目名称 喷雾枯燥装置设计学生学院 轻工化工学院专业班级 食品科学与工程学号*学生姓名 _*指导教师*2023年 10月 17日2广东工业大学课程设计任务书题目名称学生学院专业班级姓 名学 号产量为 800kg/h 的喷雾枯燥设备设计轻工化工学院食品科学与工程 101班*一、课程设计的内容1、通过查阅有关资料，生疏根本工作原理、特点和流程组成的设备及构造。2、进展工艺参数确实定3、主要设备工作部件尺寸的设计4、绘制装配图5、撰写课程设计说明书二、课程设计的要求与数据料液处理量G 800kg/h料液含水量 80%湿基，质量分数；产品含水量 2%湿基，质量分数料液密度 1100 kg/m3 ；产品密度 900 kg/m3 热风入塔温度 300；热风出塔温度 100 料液入塔温度 18 ；产品出塔温度 90 产品平均粒径 130 ；干物料比容热 2.0 kJ/(kg· 加热蒸汽压力表压 0.4 MPa；料液雾化压力表压 4 MPa年平均空气温度 12 ；年平均空气相对湿度 75%三、课程设计应完成的工作1. 课程设计说明书纸质版和电子版 各 1 份3000 字2. 设备装配图A41 张，装订在说明书的最终面。喷雾枯燥器的设计四、课程设计进程安排序号设计各阶段内容地点起止日期1上午布置及讲解设计任务；下午查阅资料及有关文献第一周周一2有关工艺设计计算3装配图绘制4撰写课程设计说明书第一周周二至周五 其次周周一至周三其次周周四、五五、应收集的资料及主要参考文献1 陈英南, 刘玉兰. 常用化工单元设备的设计M. 杭州：华东理工大学出版社，20232 张裕中.食品加工技术装备M. 北京：中国轻工业出版社，20233 无锡轻工大学，天津轻工业学院.食品工厂机械与设备M.北京：中国轻工业 出版社，19894 崔建云. 食品加工机械与设备M . 北京：中国轻工业出版社，20235 李功样，陈兰英，崔英德. 常用化工单元设备设计M. 广州: 华南理工大学出版社，20234 GB/T 14690-1993-1993，技术制图比例S北京：中国标准出版社，1993发出任务书日期： 2023 年 10 月 7 日指导教师签名：打算完成日期： 2023 年 10 月 17 日基层教学单位责任人签章： 主管院长签章：10设计题目喷雾枯燥装置设计姓名黎嘉俊班级食品科学与工程 101班设计分组设计论文起始时间设计完成状况：第组2023 年 10 月 7日至3013 年 10 月 17 日独立完成，到达要求能够完成，到达要求能够完成，根本到达要求不能按时完成，达不到根本要求说明书论文表达清楚比较清楚根本清楚不清楚工作态度状况学生对设计的认真程度、纪律及出勤状况：认真图面是否清楚清楚较认真一般不认真比较清楚根本清楚不清楚计算是否正确设计论文是否符合标准要求成绩评定:正确根本正确不正确是根本标准否优秀 良好 中等 及格 不及格指导教师签字：年月日摘要这次的课程设计内容是喷雾枯燥装置。喷雾枯燥往往是制造过程中最终的一个步骤，它就是经由不断的喷雾、混合和枯燥来使 物质从液体变为粉末。在众多储存食物的技术中，喷雾枯燥法有其独特的优越性。由于此技 术所使用的温度并不是很高，所以在去除微生物污染的同时，仍可以有效保存食物的味道、色泽和养分。喷雾枯燥法通常被用于去除原料中水份。除此之外，它还有着其它多种用途，例如：转变物质的大小、外形或密度，它能在生产过程中帮助添加其它成份，有助于生产质量标准最 严格的产品。名目一、工艺设计条件8二、枯燥装置流程8三、工艺流程图9四、工艺设计计算9一物料衡算91. 绝干物料流量G92. 产品产量G293. 水分蒸发量W9二热量衡算101. 物料升温所需热量qm10l2. 汽化1kg 水的热损失q103. 枯燥塔出口空气的湿度H 2104. 空气消耗量11三雾滴枯燥所需时间121. 雾滴临界含水量 XC122. 初始滴径d1123. 汽化潜热r134. 导热系数l135. 恒速阶段物料外表温度136. 空气临界温度tc13t7. 雾滴在恒速阶段的枯燥时间1 .13t8. 雾滴在降速阶段的枯燥时间2 . 149. 雾滴枯燥所需时间t14四压力喷嘴主要尺寸确实定141.雾化角q142. 流量系数C0143. 喷嘴孔径d0154. 喷嘴旋转室尺寸155. 核算喷嘴的生产力量15C6. 空气心半径r. 167. 喷嘴出口处液膜速度u0 及其分速度ux 、u y16五枯燥塔主要尺寸确实定171.塔径172.塔高193.枯燥塔热风进出口接收管径22六主要附属设备的选型221. 空气加热器222. 旋风分别器233. 袋滤器234.风机24七工艺设计计算结果汇总25五、设计小结25六、参考文献26一、工艺设计条件枯燥物料为悬浮液，枯燥介质为空气，热源为蒸汽和电；雾化器承受旋转型压力式喷嘴， 选用热风雾滴并流向下的操作方式。具体工艺参数如下：料液处理量 G1料液含水量 w1= 800kg / h= 80% 湿基；产品含水量 w2= 2% 湿基料液密度 r= 1100kg / m3 ；1热风入塔温度 t= 300 ；1产品密度 r= 9 0 k0g / m32热风出塔温度 t= 1002料液入塔温度q = 18 ；1产品出塔温度q = 902产品平均粒径 d= 130m m ；产品比热容 c= 2.0kJ /(kg × )22加热蒸汽压力表压 0.4M P a； 年平均温度 12；二、枯燥装置流程料液雾化压力表压 4M P a年平均相对湿度 75%枯燥装置承受开放式流程。热风在系统中使用一次，经袋滤器除尘后，就排入大气中， 不再循环使用。三、工艺流程图1-截止阀2-料液过滤器3-料泵4-空气过滤器5-鼓风机6-翅片加热器7-电加热器8-雾化器9-枯燥塔10-卸料阀11-旋风分别器12-布袋过滤器13-引风机14-蝶阀图 1喷雾枯燥装置工艺流程示意图15-消音器四、工艺设计计算一物料衡算1. 绝干物料流量GG = G1(1- w ) = 800(1- 80%) = 160kg / h12. 产品产量G 2G (1- w )800(1- 80%)G=1121- w2= 163.27kg / h1- 2%3. 水分蒸发量 WW = G - G12= 800 -163.27 = 636.73kg / h二热量衡算1. 物料升温所需热量qmq(q= G2c22-q )163.27 ´ 2.0(90 -18)1= 36.92kJ / kg水mW636.73l2. 汽化1kg 水的热损失qq 按阅历公式q11= a FDt 计算Wa 枯燥塔外表对四周空气的传热系数， a = 33.4 + 0.21twt 枯燥塔外外表温度， 取tww= 40()a = 33.4 + 0.21´ 40 = 41.8kJ / m2 × × hF 枯燥塔散热面积， 取F = 30m2Dt 壁温- 室温， Dt = 45 - 12 = 33a FDt41.8´ 30 ´ 28q = 55.14kJ / kg水1W636.73. 枯燥塔出口空气的湿度 H 2依据热量衡算I- I21I - I=1= -(q + q)+ c q= -(55.14 + 36.92)+ 4.187 ´18 = -16.784kJ / kg水H- H21H - H1lmw 1I - I即1= -16.784 ，为始终线方程H - H1依据给出的工艺设计条件， t0 = 12 ， j = 75% ， 由湿空气的 H-I 图查出， H1 = H0 = 0.007kg水/ kg绝干气 。 当 t1 = 3 00 时 ， 由湿空 气的 H-I 图 查 出， I1 = 326kJ / kg绝干气。任取 H = 0.05kg水/ kg绝干气，则I = -16.784 ´(0.05 - 0.07) + 326 = 325.28kJ / kg绝干气喷雾枯燥器的设计连结点 A(H1= 0.007kg水/ kg绝干气，I= 326kJ / kg绝干气)和点111B(H = 0.05kg水/ kg绝干气，I= 325.28kJ / kg绝干气)，并延长与t= 100 线相交于2点 D，点D 就是出口空气状态点。由H-I 图查出， H 2 = 0.083kg水/ kg绝干气。I =320kJ/kg绝干气t =541t =300 A 1wBCt=125t=100DHHc HI10.0060.050.07320.063H图 2 H 2求解过程示意图4. 空气消耗量绝干空气的消耗量为L =实际空气消耗量为WH- H21636.73= 0.083 - 0.007= 8378kg / hL” = L(1+ H0)= 8378´ (1+ 0.007)= 8437kg / h喷雾枯燥器的设计三雾滴枯燥所需时间1. 雾滴临界含水量 X C物料在枯燥塔进出口处的干基含水量分别为13wX=111 - w1w80%= 1 - 80% = 4kg水/ kg绝干料2%X=221 - w2= 1 - 2% = 0.020kg水/ kg绝干料dé r1 + Xù 3é11001 + 0.020ù 131r2 c = ê1d1ë2´ 1 + Xúû1= êë 900 ´1 + 4úû= 0.63d 液滴临界滴径，dccd 初始液滴滴径1= d= 130mm2即在恒速枯燥阶段液滴体积收缩了 37%液滴在恒速枯燥阶段由于收缩而减小的体积为p ()3 pd 36 d 3 - 0.63d= 0.756除去的水分质量为0.75 pd 3 × r6w剩余的水分质量为pd 36(0.80r1- 0.75r )w临界含水量为pd 3X=6(0.80r1- 0.75rw)= 4 -0.75rw= 4 - 0.75´1000 = 0.65kg水/ kg绝干料cpd 3 ´ 0.20r0.20r10.20´1120612. 初始滴径d 1由 dc = 0.63d1dd=c= 130= 206m m10.630.633. 汽化潜热r热空气入塔温度t= 300 ，湿度 H= 0.007kg / kg绝干气，由湿空气H-I 图查出，11热空气入塔状态下的湿球温度tw= 54 ，查手册得水在54 的汽化潜热r = 2369kJ / kg 。4. 导热系数l平均气膜温度为54 + 1002= 77查手册得空气在 77下的导热系数l = 3´10-5 kW /(m ×)5. 恒速阶段物料外表温度即空气的绝热饱和温度tas，可以取空气入塔状态下的湿球温度twt= tasw= 546. 空气临界温度tc恒速阶段的水分蒸发量为空气的临界湿度为W = G(X11W- X)= 160(4 - 0.65)= 536kg / hc536H= H+1 = 0.007 += 0.071kg水/ kg绝干气c0L8378在 H-I 图中，过 Hc查出作垂线，与AD 交于点C，点C 温度即为空气临界温度tc，由H-It= 125c7. 雾滴在恒速阶段的枯燥时间t 1恒速阶段热空气与液滴的温度变化喷雾枯燥器的设计空气： 300 ® 125液滴：18 ® 54平均推动力为(300 -18)- (125 - 54)14Dt =1ln 300 -18()125 - 54= 150.7rr (d 2(t =11- d 2 )c=2369 ´11202.06 ´10-4 2 -1.30 ´10-4)2 = 1.71s18lDt18 ´ 3´10-5 ´150.78. 雾滴在降速阶段的枯燥时间t 2降速阶段热空气与物料的温度变化空气：125 ® 100物料： 54 ® 90平均推动力为Dt=2(125 - 54)- (100 - 90)ln 125 - 54 100 - 90= 31.1()2trd 2 r (X- X )2369 ´ 1.25 ´10-4´ 900 ´ (0.65 - 0.020)=c2c2= 2.03s212lDt212 ´ 3´10-5 ´ 31.19. 雾滴枯燥所需时间tt = t +t= 1.71 + 2.03 = 3.74s12四压力喷嘴主要尺寸确实定1. 雾化角q为了了使塔径不致过大，依据阅历，选取q = 49° 。2. 流量系数C 0q = 49° ，由q 与A” 的关联图查出，喷嘴构造参数 A” = 1.0 。喷雾枯燥器的设计A” = 1.0 ，由 A”与C 的关联图查出，流量系数C= 0.45 。003. 喷嘴孔径d02Dpr1由Q = F × C017QC02Dpr1F =8000.45´1120 ´ 36002 ´ 4 ´1061120= 5.21´10-6由 F =p4 d 0 24Fp4 ´ 5.21´10-63.14d=0= 2.55 ´10-3 m圆整，取d= 3mm 。04. 喷嘴旋转室尺寸喷嘴孔半径取 1mm，即 r0= 1mm选用矩形切向通道，切身通道宽度取1.2mm，即b = 1.2mm旋转室直径为 10mm，则半径 R = 5mmR1 = R -b = 5 -21.22= 4.4mmp r R0r0A1R1由 A1 = 2bh 及 A” = 1.0p r R02bA”r0R13.14 ´1´ 512 ´1.2 ´1.04.41h = A=2b圆整，取h = 3.0mm= 3.12mm5. 核算喷嘴的生产力量d 和h 经圆整后0p r R02bhr0R13.14 ´1´ 512 ´1.2 ´ 3.04.4A” = 1.04与原 A” = 1.0 很接近，不必复算，可以满足设计要求。C6. 空气心半径rA = p r0R2bh= 3.14 ´1´ 5 = 2.18 2 ´1.2 ´ 3.0A = 2.18 ，由a 与A 的关联图查出，a = 0.47r2由a = 1 -cr 201 -ar= rc0= 1´1 - 0.47= 0.73mmx7. 喷嘴出口处液膜速度u0 及其分速度u 、u yu=( Q)=800(1120 ´ 3600)= 135.28m / s0p r 2 - r 23.14 ´ 0.0012 - 0.0007320cq液膜与轴线成 角喷出， u 可分解成径向速度u2x和轴向速度uyq49°u= u×sinx02= 135.28 ´ sin2= 56.10m / sq49°u= u×cosy02= 135.28 ´ cos2= 123.10m / s图 3离心型压力式雾化器构造示意图表 1压力喷嘴主要尺寸单位： mm喷嘴旋转室尺寸qd0rcr0bRR1h49 °30.7311.254.43.0五枯燥塔主要尺寸确实定1. 塔径塔内空气的平均温度为300 + 100t =2= 200由手册查出，在 200下，空气的动力粘度为m= 0.026mPa × s ，空气的密度为ar= 0.75kg / m3 。a（1） 由径向分速度u ，计算t = 0 时的雷诺数Rex0Re=d u r1xa= 2.06 ´10-4 ´ 56.10 ´ 0.75 = 3330m0.026 ´10-3aRe = Re= 333时，u= 56.10m / s， t = 00x（2） 取一系列Re ，求出相应的雾滴水平飞行速度ux和停留时间t 。d u r如取Re=100，由Re0= 1 mxa，与Re = 100 对应的雾滴水平飞行速度为aRe× mu=a= 100 ´ 0.026 ´10-3 = 16.8m / sxd × r1a2.06 ´10-4 ´ 0.75由Re 与ò 2´105 d (Re) 的列线图查出Rex × Re 2A = ò2´105d (Re)- ò2´105 d (Re)= 1.45´10-2 -1.40 ´10-2= 0.05´10-2100x × Re2135x × Re2相应的的停留时间为t =4 Ad 2 r114 ´ 0.05 ´10-2 ´ (1.98 ´10-4 )2 ´1120= 1.1´10-3 s3m3´ 0.026 ´10-3a其余各项计算结果列于表 2。表 2停留时间t 与雾滴水平运动速度uReéêë Reò2´105x × Re2d (Re) - ò2´105 d (Re) ùt，su= Re× maRex × Re2 ûúx0d× r1ax的关系3330056.92000.1´10-20.0036533.6喷雾枯燥器的设计1000.3´10-20.0066317.5501.06 ´10-20.02348.75252.1´10-20.04644.38153.23´10-20.07142.63104.13´10-20.09131.7584.65 ´10-20.1031.4046.62 ´10-20.1460.70029.15 ´10-20.2020.350111.45 ´10-20.2530.1750.514.15 ´10-20.3130.087518（3） 以t 为横坐标， ux为纵坐标画出u t 关系曲线，如图 4，用图解积分可得xS = ò 0.313 u0xdt = 0.722m即雾滴由沿径向运动的半径距离为S = 0.722m ，则塔直径为D = 2S = 2 ´ 0.722 = 1.444ms/m, xu圆整后取 D = 1.50m 。图 4 u t 关系曲线图x,s2. 塔高（4） 降速运动时间内雾滴的下降距离 H 1t = 0 时，雾滴轴向运动的雷诺数Re为0Re=d u r1ya= 2.06 ´10-4 ´ 39.13 ´ 0.75 = 223.50ma3 ()0.026 ´10-3()3()4gr dr - r4 ´ 9.81´ 0.75 ´ 2.06 ´10-4´ 1100 - 0.75aaf = xRe2 =1 m 1=()= 123.8ff32a3´ 0.026 ´10-3 2由Re与x Re2 的关系列线图查出，雾滴由降速运动变为等速运动时的瞬时雷诺数为Re= 3.8 。可见雾滴在降速阶段的雷诺数变化范围为3.8223。f由Re= 223.5 查出xRe2000= 3 .7 ´ 10 411= 2.71´10-5x Re02 -f3.7 ´1040-123.8取一系列雷诺数Re= 250，Re= 200，¼，Re= 3.8 ，由Re与x Re2 的关系12f1列线图查出相应的x Re 2 值，再计算出相应的x Re2 -f值，结果列于表 3。表 3 Re 与1、ux Re 2 - f及t ” 的关系y1Rex Red ReRe mu=y2d rat ” =4dr2òRe0d Rex Re -f2ò Re0 Rex Re - f21a113mRex Re -f2a/ m × s -1/ s2233.7 ´1042.71´10-5039.0402003.00 ´1043.35 ´10-52.75 ´10-335.00.006081001.10 ´1049.19 ´10-51.09 ´10-217.50.0241503.75 ´1032.76 ´10-41.96 ´10-28.750.0433251.49 ´1037.32 ´10-42.96 ´10-24.380.0654104.10 ´1023.49 ´10 -35.46 ´10 -21.750.12151.72 ´1022.08 ´10 -20.1020.8750.2273.8123.80.1310.6650.290以Re 为横坐标，11为纵坐标作图，得到 Re 关系曲线， 如图 5。x Re2 -fx Re2 - f2.50E-022.00E-02)1.50E-022eR/(11.00E-025.00E-030.00E+00050100150Re2002503003501图 5 x Re2 - f Re 关系曲线图以Re=250 为例，雾滴在降速运动时间内的轴向分速度为Re mu=a= 200 ´ 0.026 ´10-3 = 35.01m / syd r1a11.98 ´10-4 ´ 0.75对x Re2 - f Re 关系曲线图解积分得ò 295d Re= 1.02´10-3250 x Re2 -f则停留时间为()2td4r2” =1 1ò 295d Re= 4 ´1120 ´ 1.98 ´10-4´1.02 ´10-3 = 0.00227 s3m250 x Re2 -fa3´ 0.026 ´10-3喷雾枯燥器的设计其余各项计算结果列于表 3。23以t ” 为横坐标， uy为纵坐标作图，得到ut ” 关系曲线，如图 6。由图解积分y得到雾滴降速运动时间内的下降距离为H= ò 0.290 u 10dt ” = 1.425mys/m,uy60.00050.00040.00030.00020.00010.0000.0000.00000.05000.10000.1500 t ”, s 0.20230.25000.30000.3500图 6 ut ” 关系曲线图y（5） 等速运动时间内雾滴的下降距离 H2雾滴在等速运动时间内的沉降速度为Rem3.8 ´ 0.026 ´10-3u=fa= 0.665m / std r1a雾滴等速运动的时间为1.98 ´10-4 ´ 0.75t ” ” = t -t ” = 3.38 - 0.290 = 3.09s雾滴在等速运动时间内的下降距离为H= u ×t ” = 0.665 ´ 3.09 = 2.055m2t（6） 塔的有效高度 HH = H+ H= 1.425 + 2.055 = 3.48m12圆整后，取 H = 4m 。3. 枯燥塔热风进出口接收管径（7） 热风进口接收管径 D1v= (0.773 + 1.244H11273 + t)1273= (0.773 + 1.244 ´ 0.006)273 + 300273= 1.64m3/ kg绝干气热风进口流量为V = L × v11= 8378 ´1.64 = 13739 m3 / h4 ´13739 / 36003.14 ´ 25取热风进口接收内的气速为25m / s ，则进口接收管径为4V / 3600p × u11D =1= 0.441m圆整后热风进口接收管径取D1= 450mm 。（8） 热风出口接收管径 D2v= (0.773 + 1.244H22273 + t)2273= (0.773 + 1.244 ´ 0.073)273 + 100273= 1.18m3/ kg绝干气热风出口流量为V= L × v= 8378 ´1.18 = 9886m3 / h224 ´ 9886 / 36003.14 ´ 25取热风出口接收内的气速为25m / s ，则出口接收管径为4V / 3600p × u22D=2= 0.374m圆整后热风出口接收管径取D= 380mm 。2六主要附属设备的选型1. 空气加热器环境空气先用翅片式加热器由 12加热到 130，再用电加热器加热到 300。（9） 翅片式加热器湿空气由 12升温至 130的传换热量为Q = L”Cp11(130 -12)= 8437 ´1.009 ´ (130 -12)= 1004526kJ / hL”实际空气消耗量由手册查出，蒸汽压力为 0.4MPa 时，蒸汽的饱和温度为 t= 151 ，汽化潜热为sr = 2115kJ / kg ，取冷凝水的排出温度为 151，则水蒸汽消耗量为QG =11004526= 475kg / hvr2115加热器的热效率为t- t130 - 12F = 21 = 0.849t- ts1151 - 12由散热排管的选择曲线查出，选择 7R 型排管，外表风速为3.8m / s ，则所需排管的受风面积为1.04V13600u11.04´13739” =3600´ 3.8= 1.044m27R 型散热排管由S - 2R - 24 - 30 型串联而成，单组散热面积为22.5m 2 ，总散热面积为67.5m 2 。（10） 电加热器所需电加热器的总功率为(cP =v+1.926H0)× (t2- t )× L”1=(1.004 +1.926 ´ 0.006)´ (300 -130)´ 8437= 426kW3600.82h3600.82 ´ 0.952. 旋风分别器进入进入旋风分别器的含尘气体按空气处理，气体温度取95 ，湿度为H= H= 0.073kg水/ kg绝干气32v= (0.773 + 1.244H33273 + t)3273= (0.773 + 1.244 ´ 0.073)273 + 95273= 1.16m3/ kg绝干气含尘气体